基于NS2的以太网安全模拟

论文摘要

目前以太网在城域网中得到了广泛地应用,但是以太网距离可运营要求还有相当的距离,其中以太网的安全性就是一个亟待解决的问题,以太网的安全性直接影响到其承载业务的传送安全,如果没有一个稳定安全的以太网,则整个电信网及其所承载业务的安全性也就无从谈起,为此国际标准化组织先后制定了包括IEEE 802.1AE和IEEE 802.1AF在内的以太网安全标准。本文首先回顾了可运营以太网的主要特征,总结了几种典型的MAC层网络攻击方式,在此基础上分析了目前以太网安全研究方面的主要成果。MAC安全的首要任务是对传输数据进行加密处理,防止非授权用户对数据帧进行传输和修改,维护数据帧的完整性。本文讨论了MAC安全的基本原理,包括MAC安全帧结构,如何发送和接收MAC安全帧。IEEE 802.1AE虽然定义了如何从密钥协商实体(KaY)中获取密钥,但它并没有给出如何生成加密用的密钥,本文基于IEEE 802.1AF讨论了安全密钥的协商和管理,包括安全密钥的生成和发布,潜在的活动站点以及活动站点的识别,比较了密钥服务器方法与分布式密钥协商方法的不同,并在此基础上提出了基于组的面向大型网络的密钥协商改进方法。本文在理论阐述的基础上给出了实验结果和分析,特别是模拟分析了基于NS2的MAC层数据传输性能,包括数据传输延迟等,并进一步分析了引入MAC安全后对MAC层数据传输的影响,同时对现有的两种密钥协商方案进行了比较分析,指出了这两种方案的不足,并提出了改进方案,最后对改进方案进行了模拟分析和验证。通过本论文的研究工作,有助于系统地理解以太网安全问题,这对提高以太网的安全性,使以太网能够达到电信级要求具有现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 可运营以太网概述
• 1.2 以太网的安全问题
• 1.3 本文的主要目标
• 1.4 本文的研究意义
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 以太网安全和网络模拟器的研究现状
• 2.1 MAC安全传输
• 2.1.1 IEEE 802.1AE
• 2.1.2 IEEE 802.1AF
• 2.1.3 MAC安全传输结构
• 2.1.4 无线以太网
• 2.2 加密与认证技术
• 2.2.1 加密算法
• 2.2.2 认证技术
• 2.3 网络模拟器简介
• 2.4 NS2以太网系统结构
• 2.5 使用NS2进行网络模拟的过程
• 第三章 以太网的MAC安全传输
• 3.1 基本概念以及帧格式
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 MAC安全（MACSec）帧格式
• 3.2 MAC安全的功能和结构
• 3.3 MAC安全数据帧的生成
• 3.3.1 MAC安全数据帧的生成流程
• 3.3.2 传输安全联盟（SA）
• 3.3.3 安全联盟密钥（SAK）
• 3.4 MAC安全数据帧的接收
• 3.4.1 MAC安全数据帧的接收流程
• 3.4.2 接收安全通道（SC）
• 3.4.3 接收安全联盟（SA）
• 第四章 MAC安全密钥的协商和管理
• 4.1 基本概念
• 4.1.1 密钥的建立
• 4.1.2 密钥的管理
• 4.2 MAC密钥协商数据帧的发送
• 4.2.1 MAC密钥协商数据帧的格式
• 4.2.2 MAC密钥协商（MKA）状态机说明
• 4.3 MAC密钥协商数据帧的接收
• 4.3.1 站点的活动性
• 4.3.2 密钥协商数据帧的接收
• 4.4 密钥服务器算法（LKS）与密钥选择算法（KSP）的比较
• 4.4.1 密钥服务器算法（LKS）
• 4.4.2 密钥选择算法（KSP）
• 4.5 改进的基于组的密钥协商算法（GKSP）
• 4.5.1 问题的提出
• 4.5.2 角色的定义
• 4.5.3 基于组的密钥协商数据帧的发送
• 4.5.4 基于组的密钥协商数据帧的接收
• 第五章 模拟结果和分析
• 5.1 基于NS2的MAC安全性能分析
• 5.1.1 模拟场景描述
• 5.1.2 NS2模拟脚本
• 5.1.3 模拟结果分析
• 5.2 密钥服务器算法（LKS）和密钥选择算法（KSP）的比较
• 5.2.1 MAC密钥协商模拟场景描述
• 5.2.2 MAC密钥协商的NS2模拟脚本
• 5.2.3 密钥服务器算法的模拟过程
• 5.2.4 密钥选择算法（KSP）的模拟过程
• 5.2.5 模拟结果分析
• 5.3 基于组的密钥协商算法性能分析
• 5.3.1 模拟场景描述
• 5.3.2 MAC密钥协商的NS2模拟脚本
• 5.3.3 基于组的密钥选择算法（GKSP）的模拟过程
• 5.3.4 模拟结果分析
• 第六章 总结及今后的工作
• 6.1 本论文的主要工作
• 6.2 本论文的研究成果与创新点
• 6.3 下一步工作的展望
• 附录 密钥协商数据帧格式
• 参考文献
• 致谢